供电系统对数据中心的可靠性研究备课讲稿.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。供电系统对数据中心的可靠性研究-毕业设计(论文)题目供电系统对数据中心的供电可靠性研究系部自动化工程系专业电气自动化姓名陈亚飞学号G1240805指导教师:张海红2015年4月30日-摘要随着市场经济的不断发展,我国科学技术也获得了较大的发展空间,计算机技术的发展在促进社会和经济发展方面,发挥了重要的作用,相关数据显示,企业生成的关键数据正以52%的复合年均增长率不断攀升,因此企业数据中心的规模越来越大。数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备(例如通信和存储系统),还包含
2、冗余的数据通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置”。而保证数据中心的正常运行的核心是供配电系统,供电系统不同于一般建筑的供配电系统,一个完整的配电房供电系统它是由高压配电系统、变压器、低压配电系统、备用机组系统、UPS系统、直流系统、后备电池系统、监控管理系统等十多个系统,成千上万的设备组成。只有供电系统工作稳定、可靠,才能保证数据中心安全可靠的为客户服务。如何保证配电房供电系统的可靠运行,已达到万无一失,是一直以来很重要的问题。其中包括保证供电系统设备的硬件质量,提高配电房值班人员的技能操作水平,供电电源的多重保护备用。研究表明,一套完整可靠的配电房供电系统必然要满足以上几点,才能
3、安全可靠的为数据中心供电。关键词:系统供电可靠UPS双电源配电AbstractWiththecontinuousdevelopmentofmarketeconomy,scienceandtechnologyinChinahasobtainedabiggerdevelopmentspace,thedevelopmentofcomputertechnologyinpromotingsocialandeconomicdevelopment,playanimportantrole,therelevantdatashowsthatthekeyenterprisedatageneratedby52%com
4、poundannualgrowthratecontinuestorise,sothescaleofenterprisedatacentermoreandmore.Thedatacenterisacomplexsetoffacilities.Itnotonlyincludesthecomputersystemsandotherrelatedequipment(suchascommunicationandstoragesystem),alsocontainsthedataredundantcommunicationconnection,environmentalcontrolequipment,m
5、onitoringequipment,avarietyofsafetydevice.Toensurethenormaloperationofthedatacenterandthecoreofthepowersupplysystem,powersupplysystem,powersupplysystemisdifferentfromthegeneralarchitecture,acompletedistributionofthehousingsupplysystemwhichiscomposedofahighvoltagepowersystem,transformer,lowvoltagedis
6、tributionsystem,thestandbyunitsystem,UPSsystem,directcurrentsystem,thereservesystem,batterymonitoringandmanagementsystemmorethan10,tensofthousandsofdevices.Onlythepowersupplysystemisstableandreliable,inordertoensurethesafetyandreliabilityofthedatacenterforcustomerservice.Howtoensurethereliableoperat
7、ionofpowerdistributionroomofthepowersupplysystem,hasreachedasafe,hasalwaysbeenaveryimportantissue.Toensurethepowersystemincludingthehardwarequality,improvethepowerdistributionroomstaffondutylevelskills,multipleprotectionstandbypowersupply.Researchshowsthat,asetofcompleteandreliablepowerdistributionr
8、oompowersupplysystemmustmeettheabovepoints,inordertosecureandreliabledatacenterpowersupply.Keywords:powersystemreliabilityUPS目录第一章课题简介51.1绪论51.2数据中心供电系统的概述51、供电系统基本概念52、供电系统的主要组成6第二章数据中心的供电系统72.1供电系统的主要组成71、高压配电柜72、变压器8(1)变压器工作原理93、低压配电成套设备102.2供电系统可靠性的主要措施101、双电源供电11(1)双电源供电的特点112、UPS系统11(1)UPS的组成1
9、2(3)UPS的工作过程13第三章供电系统可靠性分析143.1可靠性的概述143.2供电系统可靠性的分配143.3提高供电系统可靠性的途径14第四章供电系统常见问题和解决方法164.1倒闸操作164.2高压开关柜运行中跳闸164.3UPS常见故障17第五章小结18第六章致谢19第七章参考文献20第一章课题简介1.1绪论随着市场经济的不断发展,我国科学技术也获得了较大的发展空间,计算机技术的发展在促进社会和经济发展方面,发挥了重要的作用,相关数据显示,企业生成的关键数据正以52%的复合年均增长率不断攀升,因此企业数据中心的规模越来越大。信息的快速增长给数据中心在电源、制冷、空间管理等方面造成了巨
10、大的压力。在过去的10年中,IT设备的用电容量平均增长了10倍。如何在云计算时代确保数据中心安全、可靠运行,保证技术经济的合理性,供配电系统的合理设计与实施是其中一个非常主要的环节。现代的数据中心机房中都包括大量的计算机,对于这种场所的电力供应,都要求供电系统必须在所有的时间都有效,扩容容易,维护简便,容错力强,最重要的是性价比高。数据中心机房是现代信息化建设的基础工程,为各个业务提供稳定、安全的工作环境,而机房的供配电系统就是这基础工程的心脏和大动脉,供配电系统的稳定,能够保障其它系统发挥作用和核心业务正常运行。系统不同于一般建筑的供配电系统,它是由高压配电系统、变压器、低压配电系统、备用机
11、组系统、UPS系统、直流配电系统、后备电池系统、监控管理系统等十多个系统,成千上万的设备组成。各个系统互相交叉,互有影响,这就得让我们了解供配电系统对数据中心供电可靠性是多么的重要,下面我们就论述下数据中心供电系统的可靠性。1.2数据中心供电系统的概述1、供电系统基本概念供配电是数据中心机房的生命线,这句话一点也不夸张,因为离开了电我们的机房是连一分钟也运行不了的,因此要建一个好的机房,首先要将供配电解决好。一般要求主要开关设备应该被设计成适合增容、维护和冗余,并提供双倍的或隔离的冗余配置。设计时应该考虑到开关装置、总线或断路器维护的方便性。瞬时电压浪涌抑制(TVSS)应该被安装在电力分配系统
12、的每一级上,并且采用适当的规格,以便能够抑制可能发生的瞬时的能量。电力系统完成电能生产输送分配消费的统一整体通常由发电机变压器电力线路和负荷等电力设备组成的三相交流系统二次系统包括继电保护测量和调度等环节继电保护主要是对系统中出现的各种故障如短路过电流断相接地等进行切断电源等动作测量是对电力系统的运行参数进行测定和显示电压电流功率功率因数等调度主要包括负荷分配功率平衡电压调整线路的投入与切除等工作。2、供电系统的主要组成电力系统需要多至4层的冗余设计,确保99.99%以上的电力持续供应率。数据中心供电系统不同于一般建筑的供配电系统,它是由双路高压供电、变压器及低压配电系统、超大功率的柴油发电机
13、、UPS电源系统。同时作为供电系统其可靠性是最重要的特点。第二章数据中心的供电系统2.1供电系统的主要组成数据中心的供电系统一般都是由双电源进线供电,接入高压进线柜,然后由高压出线柜接入到变压器,再接入低压配电柜。当进入高压配电柜后也就按照楼层进入每个楼层的楼层配电柜,再由楼层配电柜接入UPS系统,最后接入数据中心IDC机房负载。其中变压器低压配电会有油机接入,作为停电紧急供电。1、高压配电柜高压配电柜是指用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用。高压开关柜广泛应用于配电系统,作接受与分配电能之用。既可根据运行需要将一部分电力设备投入或退出运行,也可在电力设备发生
14、故障时将故障部分从系统中快速切除,从而保证电网中无故障部分的正常运行,以及设备和运行维修人员的安全。因此,高压开关柜是非常重要的配电设备,其安全、可靠运行对系统具有十分重要的意义。电压等级在3.6kV550kV的电器产品,主要包括高压断路器、高压隔离开关与接地开关、高压负荷开关、高压自动重合与分段器,高压操作机构、高压防爆配电装置和高压开关柜等几大类。高压开关制造业是输变电设备制造业的重要组成部分,在整个电力工业中占有非常重要的地位。2、变压器变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)。主要功能有:电压变换、电流变换、阻
15、抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为:电力变压器和特殊变压器(电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等)。电路符号常用T当作编号的开头.例:T01,T201等。(1)变压器工作原理变压器由铁芯(或磁芯)和线圈组成,线圈有两个或两个以上的绕组,其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成,如图所示。铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为了减少铁内涡流和磁滞损耗,铁心由涂漆
16、的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系,线圈由绝缘铜线(或铝线)绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈(或原线圈),另一个线圈接用电器称为次级线圈(或副线圈)。实际的变压器是很复杂的,不可避免地存在铜损(线圈电阻发热)、铁损(铁心发热)和漏磁(经空气闭合的磁感应线)等,为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是:忽略漏磁通,忽略原、副线圈的电阻,忽略铁心的损耗,忽略空载电流(副线圈开路原线圈线圈中的电流)。例如电力变压器在满载运行时(副线圈输出额定功率)即接近理想变压器情况。变压器是利用电磁感应原理制成的静止用电器。当变压器的原线圈接在交流电源上时,铁心中便产生交变磁通,交变磁
17、通用表示。原、副线圈中的是相同的,也是简谐函数,表为=msint。由法拉第电磁感应定律可知,原、副线圈中的感应电动势为e1=-N1d/dt、e2=-N2d/dt。式中N1、N2为原、副线圈的匝数。由图可知U1=-e1,U2=e2(原线圈物理量用下角标1表示,副线圈物理量用下角标2表示),其复有效值为U1=-E1=jN1、U2=E2=-jN2,令k=N1/N2,称变压器的变比。由上式可得U1/U2=-N1/N2=-k,即变压器原、副线圈电压有效值之比,等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为。进而得出:U1/U2=N1/N2在空载电流可以忽略的情况下,有I1/I2=-N2/N1,即原、副线圈电流
18、有效值大小与其匝数成反比,且相位差。进而可得I1/I2=N2/N1理想变压器原、副线圈的功率相等P1=P2。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗,其效率为=P2/P1。电力变压器的效率很高,可达90%以上。3、低压配电成套设备低压成套设备广泛地应用在发电厂低压系统的配电、电气传动和自动控制设备中。众所周知,发电本身耗能很大(指厂用电),据统计,其中低电压电器耗能占发电厂总能耗的一半以上。近年来,随着大型成套设备和自动控制、自动调节系统的采用,低电压电器的使用大量增加。因此,在发电厂设备的检修中,低压电器的维修是一个重要的环节,不论从频繁性、设备的重要性还是工作量上,它是检修工作的
19、重要组成部分。2.2供电系统可靠性的主要措施供电系统的可靠性就是让电源供电不间断,一种是从高压电路进线增加备用电源,也就是双电源供电;另一种是在低压楼层配电初增加备用电源设备,也就是UPS(不间断电源)。这两种设计都是为了给数据中心提供供电可靠性的最佳方式。1、双电源供电双电源供电当然是引自两个电源(性质不同),馈电线路当然是两条;并且一用一备都是电源,那它就是双电源供电。(1)双电源供电的特点双电源供电和双回路供电,人们一般都认为是一码事,互相混淆。但是事实上是有一些区别的。双电源供电当然是引自两个电源(性质不同),馈电线路当然是两条;一用一备如果指的是电源,那它就是双电源供电。一用一备如果
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